5G可能是人類歷史上發展最快的通訊協議。

自2019年5G開始部署以來，5G在全球迎來快速發展。根據GSMA（全球行動通訊系統協會）的統計，從部署元年開始計算，3G經過了11年達到了10億使用者，4G用了8年，而5G只用了4年時間。到2023年，全球5G使用者已達15億。

圖：不同協議達到10億使用者所用時間

伴隨著5G的快速部署，5G已完成第一階段商用使命已完成，5G也進入到深度最佳化階段。2021年4月，3GPP正式將5G演進的名稱命名為「5G-Advanced」，2021年12月，作為5G-Advanced的首個協議版本Rel-18首批項目正式立項，5G發展進入新階段。

同時，在5G部署及商用成功後，行業領導廠商又馬不停蹄地開始6G協議的制定。2023年6月，在ITU-R（國際電信聯盟-無線電通訊部門）發佈IMT-2030（6G）總體目標建議書，首次向全世界正式發佈了6G部署時間、6大應用場景以及主要能力提升。6G協議有條不紊開始推進。

5G-Advanced究竟先進在哪裡？6G還會做哪些改進？帶著以上問題，我們一起來對5G通訊協議的演進做一個梳理，與大家一起探討未來無線通訊可能帶來的變化。

持續演進的5G

圖：2030年之前，全球行動通訊發展主要節點

根據GSMA對未來7年的預測，在接下來的7年時間裡，全球蜂窩移動終端連接數目將由85億繼續增長至95億。其中5G連接數目增長迅速，將從2023年的15億連接數，增長至2030年的50億。佔總連接數的比例從20%，增長至超過50%。

為了滿足行動通訊的不斷發展，自3G時代起，協議發佈之後不再是一成不變，而是不斷演進。例如WCDMA協議在後期迭代出現HSPA（High Speed Packet Access），以提供更調整的上下行速率。這一做法在4G時代得到了充分使用。

ITU-R於2008年發佈4G協議技術要求和性能目標，定義4G需要滿足1Gbps的峰值下載速率和500Mbps的峰值上傳速率。這在當時3G時代有幾十Mbps的上傳下載速率來說提升是不可想象的。

3GPP一直在做對3G協議的改進和提升，自2004年開始，3GPP不斷採用新的信號處理技術、調製方式、多天線技術等提升無線資料網路的容量與速度。3GPP認為無線通訊技術的提升是一個長期工作，於是將這個項目的名稱稱為「長期演進」（Long Term Evolution），簡稱為LTE。

LTE並不是完全滿足ITU-R 4G需求的協議，在2009年LTE的第一個版本（R8版本）商用時，其只有峰值150Mbps的下行速率和50Mbps的上行速率。

為了達到4G協議的要求，LTE進行了多次版本升級，最終在2011年發佈的R10版本上，才達到下行1Gbps，上行500Mbps的峰值速率，真正達到了ITU-R的需求，成為被ITU-R認可的4G協議。

3GPP也給這了這一版本協議一個新的名稱：LTE-Advanced。所以嚴格意義上講，LTE並不是4G協議，真正的4G協議是從LTE-Advanced開始。

ITU-R對5G的需求定義是滿足20Gbps以上的峰值下行速率，這一次3GPP並沒有打折，在5G的第一版本協議R15中，協議所能達到的峰值速率即達到了20Gbps。

但5G協議並沒有止步於此，為了達到5G定義之初「鐵三角」的應用場景，5G首版協議R15完成eMBB場景的主要需求定義後，R16版本又逐步完善。

圖：ITU所定義的5G應用場景「鐵三角」

其中，在eMBB場景中完善了毫米波的定義，並加入了SA（獨立組網）的定義，使5G成為真正的獨立寬頻網路。

在uRLLC場景中，定義也逐步完善，並加入了NR V2X的定義，完成基礎車聯網的定義，使5G低延時特性得到更大發揮。

在mMTC場景中，將NB-IoT、eMTC協議納入到5G核心網的支持中來，補齊海量物聯場景的定義。並且，在網路基礎能力定義中，定位、節能、智慧化功能也不斷增強。5G標準從基礎走向標準。

2022年，5G R17協議凍結，完整的5G協議再走向增強。初步的NTN（Non-Terrestrial Network，非地面網路）功能被定義進來，5G網路從地面走向天空。同時車聯網、物聯網協議得到增強，定位、人工智慧的結合持續升級。

隨著5G R15標準的基礎定義，R16的完善，R17的增強，5G第一階段的使命已基本完成。

圖：5G協議中的演進

2021年12月，3GPP完成R18協議首批項目立項，立項項目涵蓋eMBB、uRLLC、mMTC多個場景，涉及27個項目，這些項目對5G無線通訊的容量增強、人工智慧應用、空天一體、輕量化終端等多個方面進行增強和完善。

3GPP對這些項目寄予厚望，認為這些項目將是5G完成第一階段之後的性能再次提升，並且是未來6G演進中的重要鋪墊。3GPP也將R18及之後的協議定義了新的名稱，即「5G-Advanced」，用來區分5G的新階段，展示5G的技術演進與創新。

雖然5G-Advanced仍在研究中，一些技術還並未成熟商用，不過有幾項特色的項目仍值得關注。

比如5G與人工智慧的融合，5G-Advanced有望通過人工智慧對物理層的最佳化、對資源管理的最佳化、對故障檢測與預測的最佳化，來提高物理層的性能與效率，提高網路的資源利用率與分配效率，提高網路可靠性與穩定性。

再比如對雙工技術的研究上，全雙工的概念再次被提出並展開研究，通過對自干擾的消除，使得上下行信號可以同時、同頻進行傳輸，極大地提高了頻譜利用效率。詳情見這篇文章：子帶全雙工，5G夢想的妥協？

另外，5G輕量終端相關的5G RedCap協議，空天一體相關的5G NTN協議，都將繼續探討與發展。關於NTN，詳情見這篇文章：5G，上天了！ 衛星和基站擦出了火花？

6G應用場景正式發佈

隨著5G的正式商用，6G的技術討論也悄然到來。

雖然不斷有聲音說，6G技術還為時尚早，因為5G商用還未全面普及，5G的優勢還沒有完全體現，5G需要的提升也未有定論。不過隨著無線通訊管理組織的探討，行業領先公司的研究，6G的目標逐漸清晰。

一般在全球性新協議的開發過程中，主要分為三個步驟進行。

第一個步驟是國際電聯等全球無線電管理機構發出願景性標準，定義新協議的主要實現目標及主要時間點；第二個步驟是協議組織（如3GPP、IEEE等）制定技術方案，將協議進行標準化；第三個步驟是行業組織推動商業落地。

目前的6G協議在第一個步驟完成，到第二個步驟啟動的切換階段。

圖：「Phase」系列射頻前端的10年發展

經過近兩年的討論，ITU在2022年6月確定了6G的主要時間表。在ITU的指引中，6G發展將分為三個階段進行。

第一階段是願景定義階段，這個階段在2023年6月之前完成，將完成願景定義，新應用趨勢與技術趨勢的識別，新場景、新頻譜的定義。

第二階段是確定需求和評估方法，這一階段主要是指定技術性能要求，並且收集候選技術方案，確定評估方法，這一階段將在2026年之前完成。

第三階段是輸出規範階段，這個階段主要目標是輸出規範，發佈標準，將在2030年之前完成。

也就是說，將在2030年實現6G的商用。射頻無線協議的10年一更迭的節奏仍然在繼續。

2023年6月，ITU將6G場景、能力需求做了發佈，順利實現6G第一階段的願景定義。根據ITU的定義，6G應用場景歸為6大類。其中3大類為原來5G場景的增強，3大類為6G的新增。

3大類增強的場景是將eMBB升級為沉浸式通訊，將mMTC升級為海量通訊，將uRLLC升級為超級高可靠低延時通訊。3個新增的場景為：無處不在，AI集成，感知集成。

另外，6G還定義了四大設計原則，分別為持續性、連接未聯，無處不在的智慧，安全/隱私/彈性。

ITU所定義的6大場景和4大設計原則相互協同，共同構成6G「場景之輪」（Wheel Diagram）。

圖：ITU定義的IMT-2030 「6G」場景之輪

ITU也對6G的能力做了定義，射頻無線通訊網路的15大能力再次得到提升或重新定義。

在這些能力提升中，有9項能力是在原有網路能力中做的提升，比如在過去幾代協議演進中被不斷提及的上峰值速率、連接密度、延時等，這些能力將再次得到數量級的提升。

6G也重新定義了新的6大能力，這6大能力分別是AI、持續演進、感知、覆蓋、互動、定位。在6G的新能力定義下，6G必將實現更智慧化的射頻無線網路。

ITU將6G的能力稱為「6G能力調色盤」，9個能力提升與6大能力增強使6G應用更值得期待，多姿多彩。

圖：6G能力展望之「6G能力調色盤」

在6G的定義下，無線連接的能力再次得到提升，如果說5G應用場景的「鐵三角」讓無線網路從人的互聯走向萬物互聯，那麼6G的「六邊花」就將實現萬物互聯下的能力加持。

6G的到來，使得射頻無線網路不再是連接的延伸，而成為能力邊界突破的助力。

6G強大的通訊能力將使物理世界、數字世界界限不再明顯，兩個世界相互交織，實現智慧的全息網路。

6G無處不在的連接將使人類、機器、海量傳感器實現互聯互通，共同構建起一個高效協同的體系。6G還將使衛星通訊、地面通訊、空中通訊等多種接入方式實現完美融合，實現連接的全域覆蓋。

6G也將充分利用人工智慧、邊緣運算等新興技術，讓連接變得更加強大與智慧。6G不僅繼續實現萬物互聯，6G還將帶來萬物突破能力邊界的新機遇。

總 結

很少有一門技術像射頻技術一樣，依靠不到200年前的四個公式，就將射頻技術的發展牢牢框死。

1873年，馬克士威在他偉大著作《電磁理論》中系統總結了他的方程，這個方程用四個公式揭示了電磁波的本質。

射頻技術在接下來150年快速發展至今，但仍未超脫馬克士威方程的範圍。射頻技術好像沒有本質更新。

隨著資訊論、積體電路技術在射頻技術中的應用，人類對於無線連接的需求極大地得到了滿足。幾乎人手一部的手機、無處不在的網路、越來越多的互聯設備，好像人類已經將所有能想象的物體連接上了網路。

再也沒有本質更新的技術，應用需求好像也已經被全部滿足。這不禁讓人提問，我們還需要更強的射頻技術嗎？

這個問題在每個代際的無線通訊協議發展中都會被人提及。

在手機誕生之前，大部分人類覺得有廣播就夠了；第一代行動通訊誕生後，很多人覺得人手一部能隨時打電話的手機已是神話；第三代行動通訊讓人類體會到了「資料連接」；第四代行動通訊將網際網路變成了「移動網際網路」；第五代行動通訊開始實現汽車、衛星等的萬物互聯……

無線通訊技術不斷用它不斷強大的能力，刷新人類對於射頻技術的認識，更不斷拓展人類對這個世界認識的方式與邊界。

6G到來將繼續開拓人類認知邊界。6G帶來的無處不在的連接、更加智慧網路、通訊與感知的集成、沉浸式的通訊，將使這個世界再次得到改變。

6G不僅是無線連接的功能實現，而將成為萬物能力拓展的手段。未來更加強大的互聯世界正緩緩到來。

你對6G到來的世界怎麼看？歡迎留言討論。

參考文獻：

1. Global Mobile Trends 2023, GSMA

2. ITU towards 「IMT for 2020 and beyond」, ITU-R, https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020

3. Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2030 and beyond, ITU-R, https://www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2030